Le syndrome métabolique (SM) est associé avec une augmentation du risque de survenue d’évènements cardiovasculaires et plus particulièrement d’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée (ICFEp). L’ICFEp représente environ 50% des IC totales, cependant, à ce jour, aucun traitement n’a permis de diminuer significativement la mortalité. L’ICFEp associée au SM, bien que d’origine multifactorielle, est caractérisée par une activation du système endothélinergique, une surexpression du récepteur minéralocorticoïde ainsi qu’une dysfonction mitochondriale participant à l’établissement et au maintien de la pathologie. Nous avons évalué dans trois études distinctes les effets à court-terme (1 semaine) et long-terme (3 mois) de trois médicaments ciblant ces systèmes biologiques, sur les dysfonctions cardiovasculaires observées dans un modèle d’ICFEp associée au SM, le rat Zucker fa/fa. Ainsi nous avons utilisé un antagoniste des récepteurs de l’endothéline, le macitentan, un antagoniste du récepteur minéralocorticoide, la finérénone, ainsi que d’une molécule diminuant la dysfonction mitochondriale, l’iméglimine. Dans les trois études à court-terme nous avons retrouvé une amélioration de la dysfonction diastolique, une augmentation de la perfusion cardiaque ainsi qu’une restauration de la relaxation coronaire endothélium dépendante. Ces améliorations étaient associées à une diminution de la production d’espèces réactives de l’oxygène au niveau du ventricule gauche. Dans les trois études à long-terme nous avons obtenus les mêmes résultats sur les fonctions vasculaire et cardiaque avec au niveau structurel une diminution du collagène interstitiel cardiaque. La production d’espèces réactives de l’oxygène était également diminuée avec les trois traitements Cette étude montre que, dans un modèle d’ICFEp associée au SM, le blocage des récepteurs de l’endothéline ou du récepteur minéralocorticoide, ou la prévention de la dysfonction mitochondriale permettent d’améliorer les dysfonctions cardiaque et vasculaire probablement via une diminution du stress oxydant / Metabolic Syndrome (MS) is associated with an increase in cardiovascular adverse events and specifically with heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF). HFpEF represents up to 50% of HF however, no treatment effective on mortality has been yet identified. MS related-HFpEF is a multifactorial syndrome in which an increase in endothelin signaling, in mineralocorticoid receptor activation as well as mitochondria dysfunction is found and participate to the pathology. The present goal of the thesis was to evaluate in three different projects the effects of short- (1 week) and long-term (3 months) treatments, each targeting one of these biological systems, on cardiovascular dysfunction observed in a rat model of MS associated HFpEF. We have chosen the endothelin receptors antagonist macitentan, the mineralocorticoid receptor antagonist finerenone and the new glucose-lowering agent imeglimin. Our results clearly show after the short-term studies an improvement in diastolic dysfunction, an increase in myocardial perfusion as well as restoration of endothelium-dependent coronary relaxation with the 3 treatments. All these improvements were associated with a decrease in left ventricular (LV) reactive oxygen species production (ROS). We obtained the same results after the long-term studies with a decrease in LV interstitial collagen deposition. ROS production was also decreased with the 3 components. This study clearly shows that in a rat model of MS related-HFpEF, blocking endothelin receptors or mineralocorticoid receptors as well as preventing mitochondrial dysfunction is associated with an improvement in cardiac and vascular dysfunctions. These improvements probably involve, among other mechanisms, a decrease in oxidative stress.

Les biotechnologies sont un outil puissant permettant d’emprunter les circuits biologiques pour produire des composés aux applications multiples (médecine, alimentation, industries…). Les cyanobactéries possèdent des propriétés génétiques et trophiques précieuses pour réduire les coûts et l’empreinte environnementale de ces procédés (photosynthèse, fixation du CO₂, sources d’azote assimilables...). Elles produisent aussi naturellement certaines molécules énergétiques comme le H₂ dont pourraient émerger de nouvelles filières propres de biocarburants. Cependant, une compréhension globale et approfondie de leur physiologie est nécessaire pour concevoir un châssis biologique performant à partir de ces organismes. Elles sont aisément manipulables génétiquement mais présentent une versatilité favorisant la fixation de mutations bénéfiques mais aussi délétères pour leur exploitation à grande échelle. Au cours de ma thèse, j’ai construit et étudié des mutants d’un régulateur de l’assimilation du CO₂ dont l’activation est liée à la photosynthèse. J’ai montré que l’activité du cycle de Calvin synchronise les flux du carbone et le statut rédox de Synechocystis et que sa dérégulation se répercute de manière pléiotropique sur son métabolisme. Plus spécifiquement, je me suis intéressé au déséquilibre carbone/azote dans cette espèce et à son métabolisme de l’urée qui présente un intérêt biotechnologique considérable. J’ai démontré que ce dernier était en compétition avec l’hydrogénase pour l’insertion du nickel dans leurs centres catalytiques respectifs. L’insuffisance de ce métal a permis de sélectionner des mutants de l’uréase tolérant une exposition prolongée à l’urée et conservant une forte capacité de production de H₂ en présence de ce substrat azoté. L’ensemble de ces résultats montre que le métabolisme de Synechocystis peut être détourné au profit de certains processus cellulaires. Les approches « omiques » permettent d’identifier globalement les réponses physiologiques induites ainsi que les leviers biologiques de compensation. Ces travaux sont discutés au regard des implications biotechnologiques de l’instabilité génétique et de la nécessité de renforcer notre compréhension de la plasticité métabolique et génomique des cyanobactéries. / Biotechnology is a powerful tool allowing exploitation of biological circuits to produce compounds with multiple uses (medicine, nutrition, industrial…). Cyanobacteria have valuable genetic and trophic properties which could reduce the costs and the environmental footprint of these processes (photosynthesis, CO₂ fixation, assimilation of diverse nitrogen sources…). They also naturally produce energetic molecules such as H₂ from which new and sustainable biofuels sectors may rise. However, a global and fine understanding of their physiology is required in order to design an efficient biological chassis with these organisms. They are genetically manipulable but also exhibit a strong versatility favoring fixation of mutations that can be either beneficial or harmful to their large-scale cultivation. Over the course of my PhD, I constructed and studied mutants of a CO₂ fixation regulator whose activation is linked to photosynthesis. I showed that the Calvin cycle activity synchronizes carbon fluxes and redox status in Synechocystis and that its deregulation affects the metabolism in a pleiotropic manner. I was specifically interested into the carbon/nitrogen balance in this species and its urea metabolism which is of prime interest in biotechnology. I demonstrated that the latter was in competition with the hydrogenase for the insertion of nickel into their respective catalytic centers. Scarcity of this metal leads to selection of mutants thriving upon prolonged exposure to urea that retained a high capacity of H₂ production in presence of this nitrogenic substrate. This work shows that the metabolism of Synechocystis can be altered in favor of other cellular processes. Omics approaches allow global identification of the physiological responses induced as well as the biological compensation mechanisms. These observations are discussed with regards to biotechnological implications of genetic instability and the need to strengthen our understanding of metabolic and genetic plasticity in cyanobacteria.

La production microbienne de molécules d'intérêt pourrait être améliorée par des stratégies d'ingénierie du vivant. L'ingénierie enzymatique joue un rôle central dàns la conception d'organismes hôtes efficaces car l'efficacité de la voie dépend en premier lieu de l'efficacité des enzymes. Aujourd'hui, il est utile de savoir quelles conceptions d'enzymes synthétiques sont efficaces et quels paramètres doivent être testés pour les caractériser. La colocalisation spatiale d'enzymes à l'intérieur de la voie métabolique pourrait améliorer la production de la molécule d'intérêt finale en permettant une biotransformation rapide des intermédiaires de la voie de biosynthèse. Des protéines multidomaines regroupant plusieurs activités enzymatiques sont décrites dans la littérature. Ces travaux ont permis la création de fusions synthétiques d'enzymes caroténogéniques pour la production de bêta-carotène chez Saccharomyces cerevisiae. Différents types de fusions et de configurations enzymatiques ont été testés. L'étude a permis ia création d'une fusion enzymatique tripartite efficace produisant deux fois moins d'intermédiaires et deux fois plus de bêta-carotène. Les mesures précises de la concentration de chaque caroténoïde, associées à la quantification des enzymes, ont permis de caractériser l'efficacité de chaque enzyme synthétique. D'autres stratégies de colocalisation spatiale d'enzymes ont également été testées en utilisant des domaines d'interaction tels que la cohesinedockérine ou la protéine oligomériques CcmK2. Certaines enzymes caroténogéniques préservent leur fonctionnalité au sein de ces configurations. Des systèmes enzymatiques construites modifient le flux métabolique des caroténoïdes et produisent des caroténoïdes différents de ceux des enzymes naturelles. Un contrôle plus affiné des activités enzymatiques pourrait permettre un contrôle précis de la nature du caroténoïde final produit / Microbial production of molecules of interest can be improved by severa! engineering strategies. Enzymatic engineering has a central role in the conception of efficient host because pathway's efficiency depends in first place on the efficiency of the enzymes. Knowing which synthetic enzymes conceptions are efficient and knowing to characterize the best candidates are essential. Enzyme colocalisation inside metabolic pathway might improve the production of final molecule of interest by allowing rapid biotransformation of intermediates of the pathway. Multidomain proteins regrouping severa! enzymatic activities are described in the literature. This work has focused in part on the creation of synthetic fusion of sorne carotenogenic enzymes for the production of beta carotene in Saccharomyces cerevisiae. Different types of enzymatic fusions and configurations have been tested and. characterized. The study allowed the creation of an efficient tripartite enzyme. fusion which produces two times Jess intermediates and two times more beta carotene. Precise measurement of each caro teno id' s concentration coupled with quantification of enzymes allows the characterization of the efficiency of each synthetic enzyme. Other strategies for enzyme spatial co localisation have also been tested using domains of interaction like cohesin-dockerin or the oligomeric protein CcmK2. Sorne carotenogenic enzymes are still functional using those configurations. Sorne of the enzymatic systems modify the metabolic flow ofcarotenoids and produce carotenoids different from the natural systems. Sorne strategies have changed the metabolic flux of carotenoids inside the pathway. Interestingly, a fine control of activity of enzyme might allow a fine control of the nature of the final carotenoid

Les antipsychotiques de seconde génération (ASG) peuvent induire des effets métaboliques tels qu’une prise de poids, des troubles cardio-métaboliques, des effets endocriniens et dans de très rares cas une mort soudaine d’origine cardiaque. Les effets indésirables métaboliques potentiels des ASG doivent être surveillés. L’Alliance canadienne pour la surveillance de l’efficacité et de l’innocuité des antipsychotiques (CAMESA) propose des lignes directrices à cet effet. Les objectifs de cette étude rétrospective sont d’évaluer, à long terme, les taux d’enfants et d’adolescents recevant pour la première fois un ASG bénéficiant d’un monitoring dans les cliniques de santé mentale et de documenter les facteurs qui peuvent les influencer. À cet effet, les dossiers médicaux de 180 enfants et adolescents (âge moyen 13,3 ± 3,1 ans, 54,4 % garçons), traités pour la première fois par ASG entre janvier 2016 et juin 2018, ont été examinés. Les périodes de monitoring ont été divisées en baseline, de 1 à 6 et de 9 à 24 mois. La population étudiée a été stratifiée en enfants (4- 12 ans) vs adolescents (13-18 ans). Les caractéristiques sociodémographiques, le diagnostic psychiatrique et les comorbidités, les types d’ASG et les comédications prescrites, les mesures anthropométriques (MA), la pression artérielle (PA), les bilans sanguins (BS), l’électrocardiogramme (ECG) et les années de pratique du psychiatre ont été collectés. Des tableaux croisés ont été utilisés pour présenter les taux de monitoring. Les catégories ont été comparées par analyse de co-variable. Les taux de patients monitorés ont été comparés à travers les catégories de monitoring, en ayant recours au test exact de Fisher. Nos résultats démontrent des taux de monitoring pour MA, BS et PA de : 55 %, 47,8 % et 46,7 % au baseline ; 50 %, 41,7 % et 45,2 % à 1-6 mois ; et 47,2 %, 41,5 % et 40,6 % à 9-24 mois, respectivement. Des taux de monitoring plus élevés étaient associés de manière significative au statut d’adolescent (MA, BS et PA au baseline ; MA et PA à 1-6 mois), à un diagnostic de trouble psychotique et / ou affectif (MA, BS et PA au baseline ; MA et PA à 1-6 mois; BS à 9-24 mois), avoir ≤ 1 comorbidités psychiatriques (BS à 1-6 mois), et à l’expérience du clinicien (BS et ECG à 1-6 mois). En conclusion, cinq ans après les recommandations de CAMESA, le monitoring métabolique est effectué chez moins de la moitié des patients et diminue tout au long de la durée du traitement. Dans notre échantillon, les catégories d’âge, de diagnostic, de comorbidités psychiatriques et d’expérience du clinicien ont influencé les taux de monitoring. Toutefois, des progrès importants doivent encore être réalisés pour parvenir à un taux de monitoring satisfaisant. / Second generation antipsychotics (SGA) can induce metabolic effects such as weight gain, cardiometabolic disorders, endocrine effects and in very rare cases sudden cardiac death. The potential metabolic side effects of second generation antipsychotics need to be monitored. The Canadian Alliance for Monitoring the Efficacy and Safety of Antipsychotics (CAMESA) offers guidelines for this purpose. The objectives of this retrospective study are to evaluate, the long-term rates of youths receiving monitoring in mental health clinics and document the factors that may influence them. To this end, the charts of 180 children and adolescents (average age 13.3 ± 3.1 years, 54.4 % males) receiving SGA treatment for the first time between January 2016 and June 2018 were reviewed. Monitoring was divided into baseline and 1 to 6 and 9 to 24-month periods. The population under study was stratified into children (4-12 years) vs adolescents (13-18 years). Sociodemographic characteristics, psychiatric diagnosis and comorbidities, prescribed SGAs and comedications, anthropometric measurements (AM), blood pressure (BP), blood tests (BT), electrocardiogram (ECG) and the psychiatrist’s years of practice were collected. Cross tables were used to present the monitoring rates. Categories were compared by covariate analysis. Rates of patients monitored across categories were compared using Fisher’s exact test. Our results show that monitoring rates for AM, BT, and BP were: 55 %, 47.8 %, and 46.7 % at baseline, 50 %, 41.7 %, and 45.2 % at 1 to 6 months, and 47.2 %, 41.5 %, and 40.6 % at 9 to 24 months, respectively. Higher monitoring rates were significantly associated with adolescent status vs child (baseline AM, BT, and BP; 1-6-month AM and BP), a diagnosis of psychotic and/or affective disorder (baseline AM, BT, and BP; 1-6-month AM and BP; 9-24-month BT), having ≤ 1 psychiatric comorbidities (1-6-month BT), and clinician’s experience (1-6-month BT and ECG). In conclusion, five years after publication of the CAMESA guidelines, metabolic monitoring is conducted for less than half of patients and decreases over time. In our sample, age, diagnostic category, psychiatric comorbidities, and clinician’s experience influenced the monitoring rates. Major progress still needs to be made before reaching a satisfactory level of monitoring.

La pollution atmosphérique particulaire constitue un facteur de risque majeur pour la santé humaine. En dépit des nombreuses études réalisées, les mécanismes d'action sous-jacents à l'exposition aux particules et responsables des effets physiopathologiques observés restent encore mal connus. Notre travail a consisté en la collecte d'aérosols particulaires sur 2 sites urbains (Fann et Faidherbe) dans la ville de Dakar (Sénégal) et un site rural (Ngaparou). Les sites urbains sont caractérisés par un trafic automobile dense avec le site de Fann présentant une circulation majoritaire de véhicules de transport en commun alors qu'à Faidherbe le trafic est constitué en majorité de véhicules particuliers. la caractérisation physico-chimique des trois échantillons particulaires a montré une granulométrie fine (96% < 2,5 μm), donc capables de pénétrer profondément dans les poumons, des surfaces spécifiques comprises entre 8 et 13m²/g pouvant adsorber à leur surfaces des substances potentiellement toxiques. Leur composition chimique, riche en éléments inorganiques et organiques, démontre la diversité de leur sources (naturelle et anthropique). Après évaluation de leur cytotoxicité dans les cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B), nous avons montré la capacité de ces aérosols particulaires à induire l'activation métabolique de leur fraction organique par l'induction de l'expression génique des enzymes de métabolisation CYP1A1, 1B1 et NQO1. Nous n'avons pas observé de réponse significative dans le processus d'altération oxydative via la péroxydation lipidique (MDA) et le statut du glutathion (GSSG/GSH). En revanche nous avons montré l'implication de ces aérosols particulaires dans le développement de la réponse inflammatoire par l'expression et la sécrétion significative de cytokines TNF-α, IL-1β, IL-6 et IL-8. / Airborne Particulate Matter (PM) is an important risk factor for human health. In spite of the numerous studies that have been carried out, the underlying mechanisms of action involved in particulate matter physiopathological effects are still unclear. In this work, PM samples were collected in two urban sites (Fann and Faidherbe) in Dakar (Senegal) and in a rural site (Ngaparou). The two urban sites mainly differ in the type of motor vehicles circulating in the area : most of the traffic is made of buses in Fann, whereas they are absent from Faidherbe. The physical characterization of the three samples showed their fine size distribution (96% < 2,5 μm), with surface areas ranging from 8 to 13m²/g. Collected PM were then able to reach deep lung, and to adsorb potentially toxic substances. Their chemical composition, rich in inorganic and organic compounds demonstrated the diversity of emission sources. After assessing their cytotoxicity in human epithelial bronchial cells (BEAS-2B), we showed that these PM could induce gene expression of metabolizing enzymes CYP1A1, 1B1 and NQO1, and therefore the metabolic activation of their organic fraction. No significant response to oxidative damage through lipid peroxidation (MDA) or glutathione status modification (GSSG/GSH) was observed after cells exposure to particulate matter. However, this exposure induced an inflammatory response by a significant increase in expression and secretion of cytokines TNF-α, IL-1β, IL-6 and IL-8.

Les particules fines (PM₂.₅) présentes dans l'air extérieur peuvent être inhalées puis retenues au niveau pulmonaire, conduisant à l'apparition ou à l'aggravation de différentes pathologies cardio-respiratoires. La composition complexe des PM₂.₅ rend d'autant plus difficile l'étude de leurs mécanismes d'action. Cette thèse s'inscrit donc dans une démarche d'identification des processus impliqués dans un éventuel potentiel cancérigène des PM₂.₅, en lien avec leur composition chimique. Nous avons étudié la toxicité de six échantillons de PM₂.₅, collectés sous influence industrielle, urbaine ou rurale au cours des saisons printemps-été 2008 et automne-hiver 2008-2009. L'étude de la fraction biologique a révélé la diversité et la richesse des particules en contaminants fongiques et bactériens. Le test d'Ames nous a permis de mettre en évidence une forte mutagénicité des PM₂.₅, vraisemblablement liée aux composés nitro-aromatiques. Sur la base de tests de cytotoxicité préalables, nous avons étudié l'effet de 3,75 et 15 µg/cm² de particules sur la lignée de cellules épithéliales bronchiques humaines BEAS-2B. Nous avons mis en évidence une induction génique de différents enzymes impliquées dans l'activation métabolique des hydrocarbures aromatiques polycycliques, associée à une augmentation d'activité catalytique. Cette induction semble conduire à la formation d'adduits encombrants à l'ADN. De plus, les PM₂.₅ induisent des cassures simple- et double-brin de l'ADN, la formation de micronoyaux, ainsi que des perturbations de l'activité télomérase. Ces effets génotoxiques sont associés à des altérations épigénétiques que sont une hyperméthylation du promoteur de P16ᴵᴺᴷ⁴ᴬ, des modifications post-traductionnelles de l'histone 3 et des changements dans l'expression des miRNA étudiés. Considérant l'influence de la composition des PM₂.₅, les composés organiques semblent être responsables des effets génotoxiques les plus importants, alors que les métaux paraissent avoir des effets épigénétiques supérieurs. En conclusion, il apparaît que les échantillons de PM₂.₅ étudiés, de par l'action conjointe de leurs fractions organique et inorganique, sont susceptibles d'induire in vitro de multiples lésions décrites dans les étapesd'initiation et de promotion de la cancérogénèse broncho-pulmonaire. / Fine airborne particulate matter (PM₂.₅) can be inhaled and retained in deep lung for long periods, leading to onset or exacerbation of cardio-respiratory diseases. However, the complex composition of PM₂.₅ makes difficult the study of their mechanisms of action. This work fits into a global approach aiming to identify the toxicity mechanisms involved in a putative PM₂.₅ carcinogenicity, in association with PM composition. We study six PM samples collected either under industrial, urban or rural area, in spring-summer 2008 or autumn-winter 2008-2009 seasons. Biological fraction analysis revealed numerous and diverse bacterial and fungal components. We carried out Ames tests revealing a high mutagenic potency for PM samples, presumably linked to their nitro-aromatic content. Based on previous cytotoxicity assays, we studied PM effect on bronchial epithelial cell line BEAS-2B, at two concentrations (3.75 and 15µg/cm²). We demonstrated gene induction of several xenobiotic metabolizing enzymes involved in polycyclic aromatic hydrocarbons metabolic activation. This was associated with an increase in their catalytic activity, leading to bulky DNA-adducts formation in exposed cells. Furthermore, PM₂.₅ lead to DNA single- and double-strand breaks, micronuclei formation, and disturbed telomerase activity. In addition to these genotoxic effects, our study revealed epigenetic alterations such as P16ᴵᴺᴷ⁴ᴬ promoter hypermehylation, histone 3 post-translational modifications, and miRNAs expression changes. Considering the impact of chemical composition on PM toxicity, organic compounds lead to the highest genotoxicity, whereas metals seem to induce more pronounced epigenetic modifications. Altogether, our results indicate that the studied PM₂.₅ samples, through cooperative action of organic and inorganic fractions, may lead in vitro to multiple alterations involved in initiation and promotion steps toward pulmonary carcinogenesis.

Les principaux objectifs de cette étude, une des premières menée au Liban, étaient d’acquérir une meilleure connaissance des caractéristiques physico-chimiques des particules atmosphériques fines (PF ou PM₂.₅₋₀.₃) et ultrafines (PUF ou PM₀.₃), et d’évaluer in vitro, leur potentiel toxique sur des cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). L’échantillonnage de PF et de PUF a été mené au Liban à la fois sur un site urbain (Sin El-Fil, du 18 mai au 2 sept. 2011) et un site rural (Beije, du 5 sept. au 28 oct. 2011). Les PF et les PUF ont fait l’objet d’une caractérisation physico-chimique par la détermination de leur composition en éléments et ions inorganiques, carbone total et composés organiques. Ensuite, des échantillons composites de PF et de PUF ont été préparés afin d’exposer les cellules BEAS-2B et évaluer les mécanismes toxiques sous-jacents. Nos résultats ont montré une influence des sources de combustion plus notable pour les particules collectées sur le site urbain, et cela par la présence de carbone total, de composés organiques, de métaux et d’ions inorganiques secondaires à des niveaux de concentration supérieurs à ceux rencontrés sur le site rural. D’autre part, une cytotoxicité plus prononcée a été provoquée par les PUF par comparaison aux PF. Les mécanismes de génotoxicité et de modifications épigénétiques que nous avons étudiés, à savoir l’activation métabolique des composés organiques, la modification de l’expression de trois microARNs, l’activation de la télomérase et l’induction de cassures au niveau de l’ADN, ont été induits par les deux échantillons de PF, avec un effet plus prononcé pour les particules d’origine urbaine. L’exposition des cellules BEAS-2B aux PF collectées, notamment celles d’origine urbaine, pourraient donc favoriser la transformation des cellules pulmonaires en cellules immortelles, et par conséquent, l’initiation ou la promotion de la cancérogenèse broncho-pulmonaire. / The objectives of this study, one of the first conducted in Lebanon, were to acquire a better knowledge on the physico-chemical characteristics of atmospheric fine particles (FP or PM₂.₅₋₀.₃) and ultrafine ones (UFP or PM₀.₃), and to assess their potential toxicity. Particles were collected at two coastal sites between may and sept. 2011 at Sin El-Fil (urban site in Greater Beirut), and between sept. and oct. 2011 at Bejje (rural site). After sampling, FP and UFP were subjected to a physico-chemical characterization by quantifying their inorganic ions and elements, total carbon and organic compounds contents. Then, composite samples of FP and UFP were prepared in order to expose bronchial epithelial cells (BEAS-2B) in culture, and therefore to assess the underlying toxic mechanisms. Our results showed an influence of combustion sources especially for urban particles that are richer in total carbon, organic compounds, metals and secondary inorganic ions than rural ones. On the other hand, a more pronounced cytotoxicity was caused by UFP when compared to FP. In addition, epigenetic modifications and genotoxicity mechanisms, such as metabolic activation of organic compounds, changes in three microRNAs expression, telomerase activation and DNA breaks induction, which are potentially involved in the initiation and promotion of carcinogenesis, were induced by the two samples of FP, with a more pronounced effect of urban particles. Exposure of BEAS-2B cells to collected FP, especially urban ones, may therefore induce the transformation of lung cells to immortal cells, and consequently the initiation or the promotion of broncho-pulmonary carcinogenesis.

Si les différentes composantes du syndrome métabolique (SM) sont susceptibles d’affecter le métabolisme protéique et des acides aminés (AA), les données disponibles sont peu nombreuses et souvent contradictoires, du fait de l’hétérogénéité de présentation de ce syndrome et des limites des approches classiques d’investigation du métabolisme azoté. Ce travail de thèse met à profit une nouvelle approche isotopomique, s’appuyant sur la mesure de l’abondance naturelle des isotopes stables de l’azote (δ15N) et du carbone (δ13C) dans les protéines et AA tissulaires pour identifier les altérations du métabolisme protéique survenant lors de l’induction nutritionnelle d’un SM chez le rat. Nos résultats permettent dans un premier temps de valider expérimentalement les prédictions d’un modèle multi-compartimental développé dans le laboratoire et montrant que les δ15N reflètent l’orientation différentielle des AA entre les voies anaboliques (protéosynthèse) et cataboliques (oxydation). Nous avons également montré que sous certaines conditions, les δ13C permettent d’estimer la part des carbones des AA et protéines tissulaires provenant respectivement des protéines, glucides et lipides alimentaires, renseignant ainsi sur la flexibilité métabolique des individus. Les mesures de δ15N et δ13C dans les protéines et AA, seules ou combinées à la mesure des taux de synthèse protéique après administration d’eau deutérée, nous ont ensuite permis de mettre en évidence les modifications du métabolisme protéique et des AA survenant lors de l’exposition périnatale et post-sevrage à un régime gras et sucré, ainsi que celles associées à des différences de sensibilité individuelles à l’induction d’un syndrome métabolique par ce même type de régime. Ces altérations sont tissu-spécifiques et diffèrent selon qu’elles proviennent uniquement de différences de sensibilité individuelle au régime ou qu’elles sont également attribuables à des différences d’équilibre glucido-lipidique dans l’alimentation. L’ensemble de nos résultats montrent que l’apparition d’un SM est associée à des réorientations du métabolisme des AA entre les voies anaboliques et d’oxydation, affectant de façon différente le foie, le muscle, l’intestin et le tissu adipeux, et à une altération de la flexibilité métabolique dans le muscle. Ces travaux ouvrent la voie à des études chez l’Homme, s’appuyant sur les mesures de δ15N et δ13C dans des pools accessibles. / Although the different components of the metabolic syndrome (MS) are likely to affect protein and amino acid (AA) metabolism, the available data are few and often contradictory, due to the heterogeneity of presentation of this syndrome and the limitations of classical approaches to investigate nitrogen metabolism. The present thesis work uses a novel isotopomic approach, based on the measurement of the natural abundance of stable isotopes of nitrogen (δ15N) and carbon (δ13C) in tissue proteins and AA to identify alterations in protein metabolism occurring during the nutritional induction of MS in rats. Our results allow to validate experimentally the predictions of a multi-compartimental model developed in the laboratory and showing that the δ15N reflects the differential orientation of AA between anabolic (proteosynthesis) and catabolic (oxidation) pathways. We have also shown that under certain conditions, the δ13C can allow to estimate the proportion of carbons in AA and tissue proteins issuing from dietary proteins, carbohydrates and lipids respectively, thus providing information on the metabolic flexibility of individuals. The measurements of δ15N and δ13C in proteins and AA, alone or combined with the measurement of protein synthesis rates after administration of deuterated water, then allowed us to highlight the changes in protein and AA metabolism occurring during perinatal and post-weaning exposure to a high-fat high-sugar diet, as well as those associated with individual differences in sensitivity to the induction of a MS by the same kind of diet. These alterations are tissuespecific and differ according to whether they result solely from differences in individual sensitivity to diet or whether they are also attributable to differences in the carbohydrate/lipid balance of the diet. Altogether, our results show that the development of MS is associated with changes in AA metabolic partitioning between the anabolic and oxidative pathways, differently affecting the liver, muscle, intestine and adipose tissue, and with an altered metabolic flexibility in muscle. This work opens the way to human studies, based on the measurements of δ15N and δ 13C in accessible pools.

Une étude épidémiologique menée en 1992 chez les Inuit du Nunavik rapportait une faible prévalence des maladies coronariennes et du diabète de type 2, probablement grâce à la consommation d’acides gras oméga-3, dont les apports sont élevés dans l’alimentation traditionnelle. Par ailleurs, cette même alimentation est source d’exposition aux contaminants environnementaux comme les biphényles polychlorés (BPC) et le méthyle mercure (MeHg). La première hypothèse de l’étude était que ces contaminants environnementaux pourraient induire un stress oxydant et ainsi contribuer au risque de maladies cardiovasculaires. Par ailleurs, la seconde hypothèse de l’étude suggère que la consommation de cette alimentation traditionnelle pourrait avoir des effets bénéfiques pour la santé malgré tout, grâce aux acides gras oméga-3 et au sélénium, également contenus dans l’alimentation traditionnelle. L’initiation de la recherche sur les contaminants environnementaux chez la population Inuit a mis en lumière une autre variable pouvant affecter la santé des Inuit : la prévalence élevée de l’obésité. En effet, suite à l’observation que plusieurs participants souffraient d’obésité, il a été suggéré d’effectuer certaines mesures afin de caractériser le syndrome métabolique, le statut inflammatoire et la fonction endothéliale chez cette population afin de discriminer les effets potentiellement délétères des contaminants des effets reliés à l’obésité. De la même manière, les effets des acides gras oméga-3 sur les composantes du syndrome métabolique ont été investigués. Les résultats obtenus rapportent, d’abord, que les contaminants n’ont pas un impact direct sur le stress oxydant tel que mesuré dans cette population, malgré que les BPC étaient associés à la lipoprotéine de faible densité (LDL) oxydée. En effet, les contaminants stimuleraient plutôt la défense antioxydante. Par ailleurs, une association positive entre les acides gras oméga-3 et la glycémie à jeun suggère que l’introduction d’une alimentation occidentale riche en sucre raffiné pourrait induire l’expression d’une hyperglycémie et d’une hyperinsulinémie sans la dyslipidémie habituellement rapportée chez les Caucasiens. En effet, le profil lipidique des Inuit restait favorable avec des triglycérides et des acides gras libres faibles et une concentration de cholestérol de haute densité (HDL) élevée. De plus, près de la moitié des sujets étudiés présentaient une hyperinsulinémie à jeun, sans toutefois démontrer une inflammation périphérique et une dysfonction endothéliale, conditions habituellement rencontrées lors de l’hyperinsulinémie. / The Inuit of Nunavik are exposed by their traditional diet to environmental contaminants including methylmercury (MeHg) and polychlorinated biphenyls (PCBs), at levels potentially noxious for health. Nevertheless, this diet is rich in omega-3 fatty acids and selenium. We formulated the hypothesis that these dietary factors could have beneficial effects counteracting the potentially pro-oxidant effects of contaminants. An epidemiological study conducted in 1992 retrieved a relatively low prevalence of ischemic heart diseases and type 2 diabetes in these Inuit, maybe because of their high consumption of omega-3 fatty acids. The initiation of research on the Inuit and environmental contaminants to which they are exposed to revealed another factor that might affect their health: a high prevalence of obesity. In fact, the observation that several participants suffered from obesity lead us to carry out relevant measurements in order to assess metabolic syndrome components, the inflammatory status and endothelial function in this population, in an attempt to distinguish the potentially harmful effects linked to obesity from those linked to contaminants. The potential effects of omega-3 fatty acids on the components of the metabolic syndrome have therefore also been investigated. Our results indicate, firstly, that the observed levels of contaminants had no evident oxidant effect detectable at the level of the redox couples of vitamin E and coenzyme Q10 in these Inuit. The contaminants were nevertheless associated with an increase of low-density lipoprotein oxidation, and a stimulation of the antioxidant defenses. Besides, a positive association between omega-3 fatty acids and fasting blood glucose suggests that the introduction of a western diet rich in refined sugars could induce the expression of hyperglycemia and hyperinsulinemia phenotypes without concomitant dyslipidemia usually reported for Caucasians. In fact, the lipid profile of the Inuit remained favourable, characterized by low levels of triglycerides and free fatty acids, and high levels of HDL cholesterol. Moreover, close to half of the studied subjects presented a fasting hyperinsulinemia, without evidence of peripheral inflammation or endothelial dysfunction, which are conditions usually met in hyperinsulinemic and obese Caucasians.

Ces dernières années, la compréhension de la relation entre l'alimentation et la santé métabolique, en particulier dans le contexte du diabète de type 2 (T2D), est devenue de plus en plus importante. Les régimes riches en graisses (HFD) sont connus pour exacerber les conditions diabétiques, menant à des complications telles que l'obésité, un métabolisme déséquilibré, des problèmes cardiovasculaires et un dysfonctionnement rénal. À l'inverse, les régimes cétogènes (KD) et la supplémentation en cétones (KP), connus pour augmenter le taux de corps cétoniques dans le sang, ont attiré l'attention pour leur potentiel dans la gestion du poids, l'amélioration du contrôle de la glycémie et l'atténuation des complications associées au diabète de type 2. L'étude a pour but d'évaluer l'efficacité du KD et de KP dans la gestion de la pathogenèse du T2D et la réduction de la progression de la maladie rénale diabétique dans un modèle de souris, en se concentrant sur les changements dans les indicateurs métaboliques et de santé rénale. Cette étude a examiné les effets de diverses interventions diététiques (HFD, KD, KP) sur une série de paramètres de santé rénale dans un modèle murin de T2D. Sur une période de 15 semaines, le T2D a été induit chez les souris, suivi d'une exposition de six semaines à différents régimes. La recherche s'est concentrée sur l'évaluation des changements dans le poids corporel, la prise alimentaire, la glycémie et les niveaux de cétone, la tolérance à l'insuline et au glucose, et les fonctions cardiovasculaires et rénales. L'évaluation des fonctions rénales comprenait le rapport albumine/créatinine, l'azote uréique du sang (BUN), les niveaux de cystatine C et l'histopathologie. En outre, l'étude a examiné l'impact de ces régimes sur l'accumulation de lipides dans les tissus rénaux et les niveaux de triglycérides plasmatiques, afin de comprendre les implications métaboliques plus larges des choix alimentaires dans la gestion du T2D. Les résultats ont indiqué que les souris suivant un régime KD présentaient des améliorations significatives dans plusieurs paramètres par rapport à celles suivant un régime HFD. Cela incluait une réduction du poids corporel, une meilleure maîtrise glycémique, une sensibilité accrue à l'insuline et une meilleure santé cardiovasculaire et rénale. En revanche, la supplémentation en KP n'a pas montré d'effet aussi prononcé dans plusieurs aspects, y compris l'amélioration du contrôle glycémique et de la fonction rénale. Intéressant, bien que le régime KD ait été efficace pour réduire les niveaux de triglycérides plasmatiques, il a paradoxalement conduit à une augmentation de l'accumulation de lipides dans les tissus rénaux. En conclusion, l'étude souligne l'efficacité du régime cétogène dans la gestion du poids, l'amélioration des marqueurs métaboliques et la réduction des complications liées au diabète dans un modèle de souris de T2D. Elle met également en évidence la complexité des réponses métaboliques aux interventions diététiques, en particulier en ce qui concerne la santé rénale et le métabolisme des lipides. Les résultats suggèrent que, bien que le régime KD puisse offrir de nombreux avantages pour la santé dans le contexte du diabète, il pourrait également induire des adaptations métaboliques spécifiques à certains organes. / In recent years, understanding the relationship between diet and metabolic health, particularly in the context of type 2 diabetes (T2D), has become increasingly important. High-fat diets (HFD) are known to exacerbate diabetic conditions, leading to complications such as obesity, dysregulated metabolism, cardiovascular issues, and renal dysfunction. Conversely, ketogenic diets (KD) and ketone supplementation (KP) known to elevate ketone bodies in the blood, have been gaining attention for their potential in managing weight, improving glycemic control, and mitigating complications associated with T2D. The study aims to evaluate the effectiveness of KD and KP in managing T2D pathogenesis and reducing the progression of diabetic kidney disease in a mouse model, focusing on changes in metabolic and renal health indicators. This study investigated the effects of various dietary interventions (HFD, KD, KP) on a range of kidney health parameters in a mouse model of T2D. Over 15 weeks, T2D was induced in mice, followed by a six-week exposure to different diets. The research focused on evaluating changes in body weight, food intake, blood glucose and ketone levels, insulin and glucose tolerance, and cardiovascular and renal function. Renal assessment included albumin-to-creatinine ratio, Blood urea nitrogen (BUN), Cystatin C levels, and histopathology. Additionally, the study examined the impact of these diets on lipid accumulation in renal tissues and plasma triglyceride levels, aiming to understand the broader metabolic implications of dietary choices in T2D management. Results indicated that mice on a KD exhibited significant improvements in several parameters compared to those on an HFD. These included reductions in body weight, enhanced glycemic control, improved insulin sensitivity, and better cardiovascular and renal health. In contrast, the KP supplementation group did not show as pronounced an effect in several aspects, including glycemic control and renal function improvement. Interestingly, while KD was effective in reducing plasma triglyceride levels, it paradoxically led to increased lipid accumulation in renal tissues. In conclusion, the study underscores the effectiveness of a ketogenic diet in managing weight, improving metabolic markers, and mitigating diabetes-related complications in a mouse model of T2D. It also highlights the complexity of metabolic responses to dietary interventions, especially concerning renal health and lipid metabolism. The results suggest that, while the KD diet may offer many health benefits in the context of diabetes, it may also induce organ-specific metabolic adaptations.